水下滑翔器运动仿真与控制器设计磁.pdf

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1、Vol．３６No．８舰船电子工程总第２６６期１７４ShipElectronicEngineering２０１６年第８期磁水下滑翔器运动仿真与控制器设计钟晓锋（海装西安局西安７１００７５）摘要水下滑翔器是一种无外挂推进系统，仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动的新型水下机器人，主要用于长时间、大范围的海洋环境监测。文中分析了水下滑翔器的流体动力情况，建立了其数学模型。针对水下滑翔器俯仰通道开环性能较差的缺点，设计了PID控制器。仿真表明，该控制器性能稳定，可使水下滑翔器的航行性能极大提高。文中同时对不同浮力情况下的水下滑翔器水平

2、速度进行了仿真分析。这些工作，为设计水下滑翔器奠定了基础。关键词水下滑翔器；PID控制；流体动力中图分类号TG１５６DOI：１０．３９６９／j．issn．１６７２‐９７３０．２０１６．０８．０４３SimulationandControllerDesignofAutonomousUnderwaterGliderZHONGXiaofeng（Xi摧anMilitaryRepresentativesBranchofNavyEquipmentDepartment，Xi摧an７１００７５）AbstractAutonomousunderwaterglide

3、r（AUG）isanewkindofunderwatervehiclewithoutanyexternalactivepro‐pulsion，velyingoninternalactuatortoadjustthecenterofgravityandthenetbuoyancytogenerateitsmotion．Withadvan‐tagesoflongrange，longdurationandcost‐efficiency，itcanbeusedtoexploreoceanenvironmentsforalongtimeandcover

4、‐ingalargearea．MathematicalmodelisbuildbasedontheanalysisofhydrodynamiconAUG．Aimingatthedisadvantagesofpooropen‐loopperformanceofpitchchannel，thePIDcontrollerisdesignedSimulationshowsthatthecontrollerhasanout‐standingimprovementonthesystemperformance．Onthesametime，thehorizo

5、ntalspeedofAUGunderdifferentbuoyancyisanalyzed．AllabovemakeafoundationforthedesignofAUG．KeyWordsautonomousunderwaterglider，PIDcontroller，hydrodynamicsClassNumberTG１５６［２～３，５］稳态情况的计算和分析。这种方法的优点是１引言能够较为迅速地估算系统的大体性能，但无法对水水下滑翔器（AUG）是一种将浮标技术与水下下滑翔器这样一个系统进行仿真模拟，从而无法进机器人技术相结合、依靠自身浮

6、力驱动，沿锯齿型一步了解其运动特点，更无法设计闭环控制器。［３］航迹航行的新型水下机器人系统。它采用内置在文中，通过对水下滑翔器模型的动态仿真可的姿态调整机构和无外挂的驱动装置，减少了载体以看到，对于水下滑翔器来说，通过调整其重心位的外置装置，避免了对载体线型的破坏，大大改善置和自身浮力来改变航行姿态和速度是可行的。了系统的水动力特性，因而具有制造成本和维护费但在开环控制的情况下，输出响应属于衰减振荡过用低、可重复利用、投放回收方便、续航能力强的特程，调节时间过长，在调节过程中受到较大的外部点，适宜大量布放，在海洋环境的监测、调查、探测扰动，

7、容易出现失控；而且调节过程振荡较大，不利等方面具有广阔的应用前景。于搭载仪器设备的正常工作。国内针对水下滑翔器的理论研究，集中于对其因此，需要设计一种闭环控制器，可以任意设磁收稿日期：２０１６年２月１０日，修回日期：２０１６年３月２９日作者简介：钟晓锋，男，工程师，研究方向：鱼雷总体及控制，信号处理。２０１６年第８期舰船电子工程１７５定水下滑翔器的航行姿态，并且达到较快收敛的效EXeYe平面，其正方向使EXeYeZe构成右手直角坐果，这样，不仅有利于滑翔器的稳定，而且有利于搭标系。载实验设备的工作。体坐标系又称动坐标系，它与glider固连在

8、一起。体坐标系的原点选在glider的浮心B处。２水下滑翔器数学模型Bx轴沿glider纵轴，指向前为正。By轴垂直于２．１坐标系定义Bx轴，当glider在地面上